Schweißbarkeit bezeichnet die Fähigkeit homogener oder ungleicher Materialien, unter den Bedingungen des Herstellungsprozesses vollständige Verbindungen zu bilden und die erwarteten Nutzungsanforderungen zu erfüllen. Die Grundsätze zur Beurteilung der Schweißbarkeit umfassen hauptsächlich: (1) Beurteilung der Tendenz von Schweißverbindungen, Prozessfehler zu erzeugen, um eine Grundlage für die Formulierung angemessener Schweißverfahren zu schaffen; (2) Beurteilung, ob Schweißverbindungen die Anforderungen an die strukturelle Leistung erfüllen können.
1. Schweißbarkeit von legiertem Baustahl
1. Hochfester Stahl: Stahl mit einer Streckgrenze σs größer oder gleich 295 MPa kann als hochfester Stahl bezeichnet werden.
2. Die verstärkende Wirkung von Mn auf die feste Lösung ist sehr signifikant. Wenn ωMn kleiner oder gleich 1,7 % ist, kann dies die Zähigkeit verbessern und die Sprödübergangstemperatur senken. Si verringert die Plastizität und Zähigkeit. Ni verstärkt nicht nur die feste Lösung, sondern verbessert auch die Zähigkeit und senkt die Sprödübergangstemperatur erheblich. Element, das häufig in Niedertemperaturstählen verwendet wird.
3. Warmgewalzter Stahl (normalisierter Stahl): niedriglegierter hochfester Stahl mit einer Streckgrenze von 295-490 MPa, der im Allgemeinen im warmgewalzten oder normalisierten Zustand geliefert und verwendet wird.
4. Konstruktionsprinzipien von Schweißverbindungen aus hochfestem Stahl: Hochfester Stahl wird aufgrund seiner Festigkeit ausgewählt. Das Prinzip der Schweißverbindungen besteht daher darin, dass die Festigkeit der Schweißverbindungen gleich der Festigkeit des Grundmetalls ist (Prinzip der gleichen Festigkeit). Die Gründe dafür sind:
① Die Festigkeit der Schweißverbindungen ist größer als die Festigkeit des Grundmetalls, die plastische Zähigkeit nimmt ab;
② gleich dem gleichen Leben;
③ Weniger als: Die Verbindungsfestigkeit ist unzureichend.
5. Schweißbarkeit von warmgewalztem und normalisiertem Stahl: Warmgewalzter Stahl enthält eine geringe Menge an Legierungselementen und neigt im Allgemeinen wenig zu Kaltrissen. Da normalisierter Stahl mehr Legierungselemente enthält, nimmt die Härtungsneigung zu. Mit zunehmendem Kohlenstoffäquivalent des Stahls und der Plattendicke nehmen die Härtbarkeit und die Kaltrissneigung zu. Einflussfaktoren:
(1) Kohlenstoffäquivalent;
(2) Verhärtungsneigung;
(3) Die höchste Härte der Wärmeeinflusszone. Die höchste Härte der Wärmeeinflusszone ist eine einfache Methode, um die Härtungsneigung und Kaltrissanfälligkeit von Stahl zu beurteilen.
6. SR-Risse (Spannungsrissbeseitigung, Wiedererwärmungsrisse): Bei Schweißkonstruktionen wie dickwandigen Druckbehältern aus Mo-haltigem normalisiertem Stahl können während der Spannungsentlastungswärmebehandlung nach dem Schweißen oder des Wiedererwärmungsprozesses nach dem Schweißen Risse anderer Art auftreten.
7. Zähigkeit ist eine Eigenschaft, die die Leichtigkeit charakterisiert, mit der in Metallen spröde Risse entstehen und sich ausbreiten.
8. Bei der Auswahl von Schweißmaterialien für niedriglegierten Stahl müssen zwei Aspekte berücksichtigt werden:
① Es dürfen keine Schweißfehler wie Risse vorhanden sein.
②Es kann die Leistungsanforderungen erfüllen.
Das Schweißen von warmgewalztem Stahl und normalisiertem Stahl basiert im Allgemeinen auf der Auswahl der Schweißmaterialien entsprechend ihrer Festigkeitsstufen. Die Auswahlpunkte sind wie folgt:
①Wählen Sie das entsprechende Schweißmaterial aus, das den mechanischen Eigenschaften des Grundmetalls entspricht.
② Berücksichtigen Sie gleichzeitig den Einfluss des Schmelzverhältnisses und der Abkühlungsrate.
③ Berücksichtigen Sie die Auswirkungen der Wärmebehandlung nach dem Schweißen auf die mechanischen Eigenschaften der Schweißnaht.
9. Das Prinzip der Bestimmung der Anlasstemperatur nach dem Schweißen:
① Überschreiten Sie nicht die ursprüngliche Anlasstemperatur des Grundmetalls, um die Leistung des Grundmetalls selbst nicht zu beeinträchtigen.
② Vermeiden Sie bei gehärteten Materialien den Temperaturbereich, in dem Anlassversprödung auftritt.
10. Vergütungsstahl: vergütet + angelassen (hohe Temperatur).
11. Die Verwendung von „Low-Strength-Matching“ beim Schweißen von hochfestem Stahl kann die Rissbeständigkeit des Schweißbereichs verbessern.
12. Beim Schweißen von kohlenstoffarmem Vergütungsstahl sind zwei grundsätzliche Punkte zu beachten:
① Die Abkühlungsrate während der Martensitumwandlung sollte nicht zu schnell sein, damit der Martensit einen Selbsthärtungseffekt hat und die Entstehung von Kaltrissen verhindert wird.
② Es ist erforderlich, dass die Abkühlrate zwischen 800 und 500 Grad höher ist als die kritische Rate zur Erzeugung einer spröden Mischstruktur.
Die zu lösenden Probleme beim Schweißen von kohlenstoffarmem Vergütungsstahl:
① Risse verhindern; ② die Zähigkeit des Schweißgutes und der Wärmeeinflusszone verbessern und gleichzeitig sicherstellen, dass die hohen Festigkeitsanforderungen erfüllt werden.
13. Bei niedriglegierten Stählen mit geringem Kohlenstoffgehalt ist eine Erhöhung der Abkühlungsgeschwindigkeit zur Bildung von kohlenstoffarmem Martensit vorteilhaft, um die Zähigkeit sicherzustellen.
14. Die Zugabe von Legierungselementen in vergüteten Stählen mit mittlerem Kohlenstoffgehalt dient hauptsächlich dazu, die Härtbarkeit sicherzustellen und die Anlassbeständigkeit zu verbessern, und die tatsächliche Festigkeitsleistung hängt hauptsächlich vom Kohlenstoffgehalt ab. Hauptmerkmale: hohe spezifische Festigkeit und hohe Härte.
15. Es gibt drei Möglichkeiten, die thermische Festigkeit von perlitischem hitzebeständigem Stahl zu verbessern:
① Die Matrix wird durch eine feste Lösung verstärkt, und es werden Legierungselemente hinzugefügt, um die Ferritmatrix zu verstärken. Die häufig verwendeten Elemente Cr, Mo, W und Nb können die Wärmefestigkeit erheblich verbessern. ② Nein. Zweiphasige Ausscheidungsverfestigung: Bei hitzebeständigem Stahl mit Ferrit als Matrix besteht die Verstärkungsphase hauptsächlich aus Legierungskarbid. ③ Korngrenzenverfestigung: Durch Hinzufügen von Spurenelementen können diese an der Korngrenze adsorbiert werden, wodurch die Diffusion von Legierungselementen entlang der Korngrenze verzögert und so die Korngrenzen verstärkt werden.
16. Die Hauptprobleme beim Schweißen von perlitischem hitzebeständigem Stahl sind Kaltrisse, Verhärtung und Erweichung der Wärmeeinflusszone sowie die Beseitigung von Spannungsrissen bei der Wärmebehandlung nach dem Schweißen oder bei längerem Einsatz bei hohen Temperaturen.
17. Der Temperaturbereich von -10 bis -196 Grad wird als „niedrige Temperatur“ bezeichnet, und wenn er unter -196 Grad liegt, spricht man von „ultraniedriger Temperatur“.
ZWEI. Schweißbarkeit von Gusseisen
1. Drei Haupteigenschaften von Gusseisen: Schwingungsdämpfung, Ölabsorption und Verschleißfestigkeit.
2. Die Leistung von Gusseisen hängt hauptsächlich von der Form, Größe, Menge und Verteilung des Graphits ab, und auch die Matrixstruktur hat einen gewissen Einfluss.
3. Sphäroguss: F-Matrix + Kugelgraphit; Grauguss: F-Matrix + Flockengraphit; Gusseisen mit Vermiculargraphit: Matrix + Vermiculargraphit; Temperguss: F-Matrix + Flockgraphit.
4. Kann die kohlenstoffarme Stahlelektrode Gusseisen schweißen: Nein. Beim Schweißen beträgt der Anteil des Grundmetalls in der ersten Schweißnaht 25 %-30 %, auch wenn der Strom gering ist. Berechnet man den C=3 %-Anteil in Gusseisen, beträgt der Kohlenstoffgehalt in der ersten Schweißnaht 0,75 %. %-0,9 %, gehört zu kohlenstoffreichem Stahl, kohlenstoffreicher Martensit tritt unmittelbar nach dem Abkühlen des Schweißens auf und die geschweißte WEZ weist eine weiße Mundstruktur auf, die die Bearbeitung erschwert.
5. Lichtbogenschweißen: Die geschmolzenen Gussteile werden auf 600-700 Grad vorgewärmt und dann in einem plastischen Zustand geschweißt. Die Schweißtemperatur beträgt nicht weniger als 400 Grad. Um Risse während des Schweißvorgangs zu vermeiden, werden unmittelbar nach dem Schweißen eine Spannungsentlastungsbehandlung und eine langsame Abkühlung durchgeführt. Dieser Gusseisen-Schweißreparaturprozess wird Lichtbogenschweißen genannt.
6. Semithermisches Schweißen: Wenn die Vorwärmtemperatur 300-400 Grad beträgt, wird dies als semithermisches Schweißen bezeichnet.
DREI. Schweißbarkeit von Edelstahl
1. Edelstahl: Edelstahl ist der Oberbegriff für legierte Stähle mit hoher chemischer Beständigkeit, die beständig sind gegen Korrosion durch Luft, Wasser, Säuren, Laugen, Salze und deren Lösungen sowie andere korrosive Medien.
2. Die wichtigsten Korrosionsformen von Edelstahl sind gleichmäßige Korrosion, Lochkorrosion, Spaltkorrosion und Spannungskorrosion. Gleichmäßige Korrosion bezieht sich auf das Phänomen, dass alle Metalloberflächen, die mit dem korrosiven Medium in Kontakt kommen, korrodieren; Lochkorrosion bezieht sich auf die lokale Korrosion, die in den meisten Teilen des Metallmaterials ohne Korrosion oder leichte Korrosion auftritt, aber verstreut; Spaltkorrosion, im Elektrolyten, wie z. B. in der sauerstoffionischen Umgebung, wenn sich zwischen dem Edelstahl oder zwischen den Oberflächen, die mit Fremdkörpern in Kontakt kommen, ein Spalt befindet, ist der Fluss der Lösung im Spalt träge, sodass das lokale Cl- der Lösung eine Konzentrationsbatterie bildet, die dazu führt, dass der Passivierungsfilm des Edelstahls im Spalt Cl- adsorbiert und vom Passivierungsfilm absorbiert wird. Das Phänomen des lokalen Versagens; intergranulare Korrosion, ein selektives Korrosionsphänomen, das in der Nähe von Korngrenzen auftritt; Spannungskorrosion, bezieht sich auf das Phänomen der spröden Rissbildung von Edelstahl unter der Einwirkung eines bestimmten korrosiven Mediums und einer Zugspannung, die geringer ist als die Festigkeit.
3. Maßnahmen zur Vermeidung von Lochkorrosion:
1) Reduzieren Sie den Gehalt an Chloridionen und Sauerstoffionen;
2) Fügen Sie dem Edelstahl Legierungselemente wie Chrom, Nickel, Molybdän, Silizium und Kupfer hinzu.
3) Versuchen Sie, keine Kaltbearbeitung durchzuführen, um das Auftreten von Versetzungen zu verringern. An dieser Stelle besteht die Möglichkeit von Lochkorrosion.
4) Reduzierung des Kohlenstoffgehalts im Stahl.
4. High-temperature properties of stainless steel and heat-resistant steel: brittleness at 475°C, mainly in ferrite with Cr>13 %, langfristiges Erhitzen und langsames Abkühlen zwischen 430-480 Grad, was zu einer Zunahme der Festigkeit bei Raumtemperatur oder Minustemperatur führt. Hohe Zähigkeit und Abnahme; σ-Phasenversprödung, die typisch für 45 % des Massenanteils von Cr, FeCr, einer intermetallischen Verbindung, ist, nicht magnetisch, hart und spröde.
5. Korrosionsbeständigkeit von Schweißverbindungen aus austenitischem Edelstahl:
1) interkristalline Korrosion;
2) interkristalline Korrosion in der Wärmeeinflusszone (Sensibilisierungszone);
3) messerscharfe Korrosion.
6. Maßnahmen zur Vermeidung interkristalliner Korrosion in Schweißnähten:
1) Durch die Schweißmaterialien kann das Schweißmetall entweder einen ultraniedrigen Kohlenstoffgehalt aufweisen oder genügend stabilisierendes Element Nb enthalten.
2) Passen Sie die Schweißzusammensetzung an, um eine bestimmte Deltaphase zu erhalten.
7. Intergranulare Korrosion in der sensibilisierten Zone der Wärmeeinflusszone: bezieht sich auf die intergranulare Korrosion, die an der Position auftritt, an der die Heizspitzentemperatur im sensibilisierten Heizbereich in der Schweißwärmeeinflusszone liegt.
8. Messerförmige Korrosion: Die in der Schmelzzone entstehende intergranulare Korrosion ähnelt einem Messerschnitt und wird daher als „messerförmige Korrosion“ bezeichnet.
9. Maßnahmen zur Vermeidung von Messerkorrosion:
①Wählen Sie kohlenstoffarme Grundmetalle und Schweißmaterialien;
② Verwenden Sie Edelstahl mit Phasenstruktur.
③Durch Schweißen mit geringem Strom werden der Überhitzungsgrad und die Breite des grobkörnigen Schweißbereichs verringert.
④ Die mit dem korrosiven Medium in Kontakt kommenden Schweißnähte werden abschließend geschweißt;
⑤Querschweißen; ⑥Erhöhen Sie den Ti- und Tb-Gehalt im Stahl, sodass in der Korngrenze des geschweißten grobkörnigen Bereichs ausreichend Ti, Tb und Kohlenstoff vorhanden sind.
10. Warum wird bei Edelstahl Schwachstromschweißen angewendet? Um die Temperatur der Schweißwärmeeinflusszone zu senken, das Auftreten von interkristalliner Korrosion der Schweißnaht zu verhindern, eine Überhitzung der Elektrode und des Drahtes, Schweißverformungen und Schweißspannungen zu vermeiden, die Wärmezufuhr zu reduzieren usw.
11. Drei Bedingungen, die Spannungsrisskorrosion verursachen: Umgebung, selektives Korrosionsmedium und Zugspannung.
12. Maßnahmen zur Vermeidung von Spannungsrisskorrosion:
1) Durch die Anpassung der chemischen Zusammensetzung ist ein ultraniedriger Kohlenstoffgehalt vorteilhaft, um die Widerstandsfähigkeit gegen Spannungskorrosion zu verbessern und das Anpassungsproblem von Zusammensetzung und Medium zu lösen.
2) Entfernen von Schweißeigenspannungen;
3) Elektrochemische Korrosion, regelmäßige Inspektion und rechtzeitiges Ausbessern usw.
13. Zur Verbesserung der Lochfraßbeständigkeit:
1) Einerseits muss die Entmischung von Cr und Mo reduziert werden;
2) Zum einen wird sogenanntes „superlegiertes“ Schweißmaterial mit höherem Cr- und Mo-Gehalt als der Grundwerkstoff verwendet.
14. Beim Schweißen von austenitischem Edelstahl treten Heißrisse, Spannungskorrosionsrisse, Schweißverformungen und interkristalline Korrosion auf.
15. Ursachen für Heißrisse beim Schweißen von austenitischem Stahl:
1) Die Wärmeleitfähigkeit von austenitischem Stahl ist gering, der lineare Ausdehnungskoeffizient ist groß und die Zugspannung ist groß;
2) Austenitischer Stahl lässt sich leicht mitkristallisieren und bildet so eine Schweißstruktur mit starken gerichteten säulenförmigen Kristallen, was die Absonderung schädlicher Verunreinigungen begünstigt.
3) Die Legierungszusammensetzung von austenitischem Stahl ist komplexer und löslicher als Eutektikum.
16. Maßnahmen zur Vermeidung von Heißrissen: ① Begrenzen Sie den P- und S-Gehalt im Grundmetall und in den Schweißmaterialien strikt; ② Versuchen Sie, der Schweißnaht eine Zweiphasenstruktur zu verleihen; ③ Kontrollieren Sie die chemische Zusammensetzung der Schweißnaht; ④ Schweißen mit geringem Strom.
17. Bei der Auswahl von austenitischem Edelstahl ist folgendes zu beachten: ①Halten Sie sich an das „Anwendbarkeitsprinzip“. ②Bestimmen Sie anhand der spezifischen Zusammensetzung jedes ausgewählten Schweißmaterials, ob es geeignet ist oder nicht. ③Berücksichtigen Sie die Größe des möglicherweise auftretenden Schmelzverhältnisses, das durch das Schweißverfahren und die Prozessparameter der spezifischen Anwendung bedingt ist. ④Bestimmen Sie den Legierungsgrad anhand der in den technischen Bedingungen festgelegten allgemeinen Schweißbarkeitsanforderungen.
18. Schweißbarkeitsanalyse von ferritischem Edelstahl:
1) Interkristalline Korrosion von Schweißverbindungen;
2) Versprödung von Schweißverbindungen, Hochtemperaturversprödung, σ-Phasenversprödung und 475-Grad-Versprödung.
